(57)【要約】【課題】成膜チャンバー内に不安定な付着物を形成することなく半導体基板上に成長されたアルミニウム組成比の高い窒化物半導体層を有する窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】Ａｌx1Ｇａ1-x1-y1Ｉｎy1Ｎ（０．５＜ｘ１≦１、０≦ｙ１＜１、０＜ｘ１＋ｙ１≦１）からなる第１の窒化物半導体層と、Ａｌx2Ｇａ1-x2-y2Ｉｎy2Ｎ（０．０１＜ｘ２＜０．５、０≦ｙ２＜１、０＜ｘ２＋ｙ２≦１）からなる第２の窒化物半導体層とを備え、複数の第１の窒化物半導体層と複数の第２の窒化物半導体層が積層された構造を有する。【選択図】図１
2013128103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌx1Ｇａ1-x1-y1Ｉｎy1Ｎ（０．５＜ｘ１≦１、０≦ｙ１＜１、０＜ｘ１＋ｙ１≦１）からなる第１の窒化物半導体層と、
Ａｌx2Ｇａ1-x2-y2Ｉｎy2Ｎ（０．０１＜ｘ２＜０．５、０≦ｙ２＜１、０＜ｘ２＋ｙ２≦１）からなる第２の窒化物半導体層と
を備え、複数の前記第１の窒化物半導体層と複数の前記第２の窒化物半導体層が積層された構造を有することを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層が１層ずつ交互に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記第２の窒化物半導体層のＡｌ組成比が０．１よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層の膜厚が、それぞれ２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層をそれぞれ５層以上積層した構造を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
ＧａＮ原料ガスと窒素原料ガス及びＡｌ原料ガスを供給し、Ａｌx1Ｇａ1-x1-y1Ｉｎy1Ｎ（０．５＜ｘ１≦１、０≦ｙ１＜１、０＜ｘ１＋ｙ１≦１）からなる第１の窒化物半導体層を形成するステップと、
前記窒素原料ガス及び前記Ａｌ原料ガスを供給したまま、前記第１の窒化物半導体層を形成するステップよりも前記ＧａＮ原料ガスの供給量を増加させて、Ａｌx2Ｇａ1-x2-y2Ｉｎy2Ｎ（０．０１＜ｘ２＜０．５、０≦ｙ２＜１、０＜ｘ２＋ｙ２≦１）からなる第２の窒化物半導体層を形成するステップと
を含むことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１の窒化物半導体層を形成するステップと前記第２の窒化物半導体層を形成するステップとの間に、前記ＧａＮ原料ガスと前記Ａｌ原料ガスを供給せずに成膜を中断するステップを更に含むことを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記成膜を中断するステップにおいて、成膜を中断する時間が２秒乃至１０秒であることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記ＧａＮ原料ガスがトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスであり、前記窒素原料ガスがアンモニア（ＮＨ3）ガスであり、前記Ａｌ原料ガスがトリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡ）ガス及びトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスのいずれかであることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムを含有する窒化物半導体層を有する窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体層は安価なシリコン基板上やサファイア基板上に形成されることが一般的である。しかし、これらの半導体基板の格子定数と窒化物半導体層の格子定数は大きく異なり、また、熱膨張係数も異なる。このため、半導体基板上にエピタキシャル成長によって形成された窒化物半導体層に、大きな歪みエネルギーが発生する。その結果、窒化物半導体層にクラックの発生や結晶品質の低下が生じやすい。
【０００３】
このため、半導体基板と窒化物半導体層からなる機能層との間にバッファ層を配置することが効果的である。バッファ層には、例えばアルミニウム（Ａｌ）を含有する窒化物半導体層を含む多層膜構造が採用される（例えば、特許文献１参照）。また、発光ダイオード（ＬＥＤ）の活性層などの超格子層にも、Ａｌを含有する窒化物半導体層を含む多層膜構造が採用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５８８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体基板上に窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる場合、成膜チャンバー内の部品（以下において、「成膜チャンバー内部品」という。）に半導体基板が搭載され、この半導体基板上に薄膜が形成される。このとき、成膜チャンバー内に安定して固定されず、剥がれやすい付着物が形成される場合がある。このような、成膜工程中に形成される成膜チャンバー内部品上や成膜チャンバー内壁などから剥がれやすい付着物を、以下において「不安定な付着物」という。つまり、半導体基板上に薄膜をエピタキシャル成長させると、不安定な付着物が成膜チャンバー内部品上や成膜チャンバー内壁などに形成されることになる。
【０００６】
特に、Ａｌ組成比の高い膜を含む多層膜を半導体基板上に成長させる場合には、トリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡ）などのＡｌ原料の反応性が高いために、半導体基板以外のところでＡｌ原料が反応する傾向が高い。このため、成膜チャンバー内に不安定な付着物が形成されやすい。成膜チャンバー内に形成された不安定な付着物は、成膜工程中にキャリアガスや原料ガスによって半導体基板上に移動し、半導体装置のパーティクル不良の原因となる。
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明は、成膜チャンバー内に不安定な付着物を形成することなく半導体基板上に成長されたアルミニウム組成比の高い窒化物半導体層を有する窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、Ａｌx1Ｇａ1-x1-y1Ｉｎy1Ｎ（０．５＜ｘ１≦１、０≦ｙ１＜１、０＜ｘ１＋ｙ１≦１）からなる第１の窒化物半導体層と、Ａｌx2Ｇａ1-x2-y2Ｉｎy2Ｎ（０．０１＜ｘ２＜０．５、０≦ｙ２＜１、０＜ｘ２＋ｙ２≦１）からなる第２の窒化物半導体層とを備え、複数の第１の窒化物半導体層と複数の第２の窒化物半導体層が積層された構造を有する窒化物半導体装置が提供される。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、ＧａＮ原料ガスと窒素原料ガス及びＡｌ原料ガスを供給し、Ａｌx1Ｇａ1-x1-y1Ｉｎy1Ｎ（０．５＜ｘ１≦１、０≦ｙ１＜１、０＜ｘ１＋ｙ１≦１）からなる第１の窒化物半導体層を形成するステップと、窒素原料ガス及びＡｌ原料ガスを供給したまま、第１の窒化物半導体層を形成するステップよりもＧａＮ原料ガスの供給量を増加させて、Ａｌx2Ｇａ1-x2-y2Ｉｎy2Ｎ（０．０１＜ｘ２＜０．５、０≦ｙ２＜１、０＜ｘ２＋ｙ２≦１）からなる第２の窒化物半導体層を形成するステップとを含む窒化物半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、成膜チャンバー内に不安定な付着物を形成することなく半導体基板上に成長されたアルミニウム組成比の高い窒化物半導体層を有する窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る窒化物半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体装置に使用される成膜チャンバー内の例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る半導体装置の積層体の形成工程における原料ガスの供給例を示す。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体装置の第２の窒化物半導体層においてＡｌ組成比を変化させた場合の、付着物の安定性と半導体基板上のパーティクルの個数を示す表である。
【図５】本発明の実施形態に係る積層体を用いた窒化物半導体装置の構造例を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る積層体を用いた窒化物半導体装置の他の構造例を示す模式図である。
【図７】本発明の実施形態に係る積層体を用いた窒化物半導体装置の他の構造例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部の長さの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１３】
又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１４】
本発明の実施形態に係る窒化物半導体装置１は、図１に示すように、第１の窒化物半導体層２１と第２の窒化物半導体層２２とを積層した積層体２０を備える。ここで、第１の窒化物半導体層２１は、Ａｌx1Ｇａ1-x1-y1Ｉｎy1Ｎ（０．５＜ｘ１≦１、０≦ｙ１＜１、０＜ｘ１＋ｙ１≦１）からなる。第２の窒化物半導体層２２は、Ａｌx2Ｇａ1-x2-y2Ｉｎy2Ｎ（０．０１＜ｘ２＜０．５、０≦ｙ２＜１、０＜ｘ２＋ｙ２≦１）からなる。つまり、第１の窒化物半導体層２１は、Ａｌ組成比ｘ１が０．５よりも大きい、Ａｌ組成比の高い窒化物半導体層である。一方、第２の窒化物半導体層２２は、第１の窒化物半導体層２１と比べてＡｌ組成比の低い窒化物半導体層である。
【００１５】
図１には、第１の窒化物半導体層２１と第２の窒化物半導体層２２とを１層ずつ交互に複数回積層した積層体２０をバッファ層に使用した窒化物半導体装置１を例示的に示した。シリコン基板などの半導体基板１０上にバッファ層として積層体２０が配置され、積層体２０上に窒化物半導体からなる機能層３０が配置されている。なお、第１の窒化物半導体層２１と第２の窒化物半導体層２２の膜厚が互いに異なっていてもよい。また、第１の窒化物半導体層２１と第２の窒化物半導体層２２とを１層ずつ積層した積層構造を１ユニットとし、他の窒化物半導体層を間に挟んで複数ユニットの積層構造を積層して積層体２０を形成してもよい。
【００１６】
一般に、互いに組成比の異なる窒化物半導体層を交互に積層した積層体を半導体基板上に形成する場合には、図２に示すように、成膜チャンバー内部品１００に搭載された半導体基板１０を、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置などの成膜装置内に格納する。そして、成膜装置内に原料ガス２００を供給して、例えばＡｌＮ層を成長させる工程とＡｌＧａＮ層を成長させる工程を繰り返す。ＡｌＮ層を成長させる工程では、Ａｌ原料のトリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡ）ガスと窒素原料のアンモニア（ＮＨ3）ガスを成膜装置に供給する。ＡｌＧａＮ層を成長させる工程では、ＴＩＢＡガス及びアンモニアガスに加えてＧａ原料のトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスを成膜装置に供給する。
【００１７】
上記の成膜工程において、図２に示すように、成膜チャンバー４００の内壁や成膜チャンバー内部品１００上に不安定な付着物３００が形成されることがある。例えば、Ａｌを含有する薄膜を形成する工程の後に、Ａｌを含まない薄膜を形成する場合に、Ａｌの原料ガスを成膜装置内から完全に排出することは困難である。このため、成膜装置内でＡｌが酸化して、粒子状の酸化アルミニウムが成膜チャンバー４００の内壁や成膜チャンバー内部品１００上に不安定な付着物３００として形成される。不安定な付着物３００は、原料ガス２００に吹き飛ばされて半導体基板１０上に付着し、窒化物半導体装置１のパーティクル不良の原因となる。
【００１８】
また、Ａｌ原料にはＴＩＢＡなどが用いられるが、Ａｌ原料の反応性が高いために、半導体基板１０上以外の所で反応してしまう傾向が比較的強い。Ａｌ原料が供給されている時に、成膜チャンバー内部品１００上にＡｌを含まない膜が形成されている場合、成膜チャンバー内部品１００上には例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）や窒化インジウム（ＩｎＮ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）が付着している。これらの付着物が付着した成膜チャンバー内部品１００上に、Ａｌ組成比が高い窒化物半導体層を成長させるために大量のＡｌ原料が供給されると、Ａｌ原料と成膜チャンバー内部品１００上の付着物とが反応して、不安定な付着物が成膜チャンバー内部品１００上に形成されることになる。
【００１９】
しかしながら、本発明の実施形態に係る窒化物半導体装置１では、Ａｌ組成比の高い第１の窒化物半導体層２１と、Ａｌ組成比が比較的低い第２の窒化物半導体層２２とが積層されて、積層体２０が形成される。つまり、図３に示すように、Ａｌ原料ガスが常に成膜チャンバー内部品１００上に供給される状態で、第１の窒化物半導体層２１と第２の窒化物半導体層２２が形成される。
【００２０】
なお、図３に示した例では、アンモニアガス及びＴＩＢＡガスの流量を一定とし、ＴＭＧガスの流量を変化させている。ＴＭＧガスの供給量が少ない期間Ｔ１においてＡｌ組成比の高い第１の窒化物半導体層２１が形成され、ＴＭＧガスの供給量が多い期間Ｔ２においてＡｌ組成比の低い第２の窒化物半導体層２２が形成される。これは、Ｇａの方がＡｌよりも窒素に反応しやすいため、ＴＭＧガスの供給量が多い状態では形成される窒化物半導体層のＡｌ組成比が低くなるのである。なお、ＴＩＢＡガスの流量を変化させて、第１の窒化物半導体層２１と第２の窒化物半導体層２２を形成してもよい。
【００２１】
既に述べたように、成膜装置内に原料ガスの残留物として微量のＡｌが存在する状態においてＧａＮ膜の原料ガスなどが成膜装置内に供給されると、酸化アルミニウムなどとして成膜チャンバー４００内に不安定な付着物が形成される。しかし、Ａｌ原料ガスが供給されている状態を維持して窒化物半導体の積層体を形成すれば、成膜チャンバー４００内に不安定な付着物が形成されることを抑制できる。つまり、Ａｌ原料ガスの供給を停止しないことによってＡｌの窒化物が形成されて、Ａｌの酸化物が形成されることが防止される。
【００２２】
更に不安定な付着物を減少させるために、成膜圧力を下げる方法が有効であることが分かっている。成膜圧力を下げると、ガス流速が上がり、残留する微量のＡｌ原料ガスやＡｌ反応物質が成膜チャンバー４００から排出されやすく、ＧａＮ膜の原料ガスなどが成膜チャンバー４００内に供給されたときに不安定な付着物の形成が少なくなると考えられる。また、ガス流速が上がるとチャンバー内のガス雰囲気中での不安定な付着物の元となる反応物が形成される時間が少なくなり、更に不安定な付着物を減少させることができると考えられる。
【００２３】
成膜圧力は具体的には、１００Ｔｏｒｒ以下が好ましく、更に好ましくは５０Ｔｏｒｒ以下である。Ａｌ組成が高い成膜の場合は、一般的には１００Ｔｏｒｒ程度であるが、それよりも低い成膜圧力を用いることで、多層膜成長において不安定な付着物を抑制する効果を確認した。
【００２４】
これとほぼ同じ効果は、ガス流量を増やすことでも得られる。成膜圧力５０Ｔｏｒｒにおいて、キャリアガスフローを１．５倍にすることで、多層膜成長において不安定な付着物を抑制する効果を確認した。抑制効果の理由は成膜圧力を下げるときと同じと考えられる。
【００２５】
また、成長レートを上げることでも、更に不安定な付着物を減少させることが分かった。これは成長レートを上げることにより、成膜時間を短くすることができる。そのため、残留する微量のＡｌ原料ガスやＡｌ反応物質がＧａＮ膜の原料ガスなどと反応するトータル時間が短くなり、不安定な付着物が減少するためと考えられる。Ａｌ組成が高い成膜の場合は、一般的には成長レートは５ｎｍ／ｍｉｎ程度であるが、この成長レート以上が好ましく、更に好ましくは１０ｎｍ／ｍｉｎ以上である。
【００２６】
成長レート１０ｎｍ／ｍｉｎ以上において、多層膜成長において不安定な付着物を抑制する効果を確認したが、成膜レートを上げ過ぎると結晶品質に影響を及ぼすので、バランスを考えると成長レート１０ｎｍ／ｍｉｎ程度が最適な成長レートと言える。
【００２７】
また、残留する微小なＡｌ原料ガス、Ａｌ反応物を減少できるように、ＧａＮ膜の原料ガスなどが成膜装置内に供給される直前に十分な排気時間を設けることで、更に不安定な付着物を減少させることができることが分かった。これは、残留する微量のＡｌ原料ガスやＡｌ反応物質が成膜チャンバー４００から排出されやすく、ＧａＮ膜の原料ガスなどが成膜チャンバー４００内に供給されたときに不安定な付着物の形成が少なくなると考えられる。
【００２８】
具体的には、Ａｌ組成比の高い第１の窒化物半導体層２１の成膜とＡｌ組成比が比較的低い第２の窒化物半導体層２２の成膜との間に、成膜しない時間を２秒から１０秒程度設けると有効な効果が得られる。
【００２９】
積層体２０は、例えば第１の窒化物半導体層２１として膜厚５ｎｍのＡｌＮ層と、第２の窒化物半導体層２２として膜厚３０ｎｍのＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎ層（０．０１＜ｘ２＜０．１）とを積層して形成される。Ａｌ組成率の高い窒化物半導体膜は電気導電率が低いため、ＡｌＮ層を薄くし、ＡｌＧａＮ層を厚くすることが好ましい。
【００３０】
例えば、アンモニアガスと共にＡｌ原料としてＴＩＢＡガスを流量５０ｓｃｃｍ（standard cc/min）で供給し、ＡｌＮ層を成長させる。次いで、アンモニアガスと共にＧａ原料としてＴＭＧガスを流量４０ｓｃｃｍ（standard cc/min）で供給し、併せてＡｌ原料としてＴＩＢＡガスを流量１０ｓｃｃｍ（standard cc/min）で供給し、ＡｌyＧａ1-yＮ層を成長させる。上記工程を繰り返すことにより、積層体２０が形成される。
【００３１】
上記の方法で積層体２０を形成した場合に、成膜チャンバー内部品１００上に付着した付着物３００の個数を調査した結果を図４に示す。図４は、第２の窒化物半導体層２２のＡｌ組成比を変化させた場合における、付着物の安定性と半導体基板１０上のパーティクルの個数を示す。図４において「付着物の安定性」の欄は、成膜チャンバー内部品１００上の付着物の個数に応じて判定した結果である。具体的には、付着物が３００個未満である場合に非常に安定であるとして「○」印を付し、付着物が３００個以上且つ１０００個未満である場合に比較的安定であるとして「△」印を付し、付着物が１０００個以上である場合に安定性に欠けるとして「×」印を付している。
【００３２】
このパーティクル抑制効果は、トリエチルアルミニウム(ＴＥＡ)、ジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡＨ）、トリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）いずれの原料ガスを用いた場合でも確認されている。
【００３３】
図４に示すように、第２の窒化物半導体層２２のＡｌ組成比が０．０１〜０．５の場合に、第２の窒化物半導体層２２のＡｌ組成比が０の場合に比べて、付着物の不安定さが解消され、半導体基板１０上のパーティクル数が大きく減少している。特に、Ａｌ組成比が０．０１〜０．１の場合に、成膜チャンバー内部品１００の付着物が安定化され、半導体基板１０上のパーティクル数は非常に少ない。「安定化」とは、成膜工程中に付着物３００が成膜チャンバー内部品１００や成膜チャンバー４００の内壁から剥離して半導体基板１０上に移動しないことをいう。
【００３４】
したがって、第２の窒化物半導体層２２の組成式はＡｌx2Ｇａ1-x2-y2Ｉｎy2Ｎ（０．０１＜ｘ２＜０．５、０≦ｙ２＜１、０＜ｘ２＋ｙ２≦１）であることが必要であり、より好ましくはＡｌ組成比ｘ２が、０．０１＜ｘ２＜０．１である。
【００３５】
上記のように、Ａｌ組成比が高い窒化物半導体膜の上にＡｌ組成比が低い窒化物半導体膜を成長させる場合に、Ａｌ組成比が低い窒化物半導体膜の中に一定量のＡｌを添加することにより、成膜チャンバー内部品１００上の付着物３００が飛躍的に安定化する。
【００３６】
なお、半導体基板１０上に成長される積層体２０の各窒化物半導体層の膜厚がそれぞれ厚く、例えば各膜厚が２００ｎｍ以上の場合には、成膜工程中の成膜チャンバー内部品１００の温度が高くなる。この場合、成膜チャンバー内部品１００上に形成される付着物は安定化しているため、成膜チャンバー内部品１００上の不安定な付着物が窒化物半導体装置１のパーティクル不良の原因になることはない。
【００３７】
また、第１の窒化物半導体層２１と第２の窒化物半導体層２２の繰り返し数が多いほど、即ち積層体２０の積層数が多いほど、パーティクル不良が発生する機会が多い。このため、上記に説明した積層体２０の形成方法は、積層体２０に含まれる窒化物半導体層の積層数が多いほど効果的である。例えば、第１の窒化物半導体層２１と第２の窒化物半導体層２２をそれぞれ５層以上積層する場合に、成膜チャンバー内部品１００上に不安定な付着物３００を形成することなく、積層体２０を形成できる。
【００３８】
なお、半導体基板１０上にＡｌ組成比の高い窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる場合には、半導体基板１０の表面が平坦であることと、比較的均質に欠陥のない膜が堆積されるために、不安定な付着物が半導体基板１０上に形成されることはない。
【００３９】
なお、成膜チャンバー内部品１００は高温になるため、その材質は例えばカーボンである。或いは、カーボンに炭化シリコン（ＳｉＣ）をコーティングしてもよい。
【００４０】
以上に説明したように、本発明の実施形態の窒化物半導体装置１では、互いに組成比が異なる窒化物半導体層が積層され、且つＡｌ組成比の高い窒化物半導体層を含む積層体２０を形成する場合に、Ａｌ組成比ｘ１が０．５よりも高い第１の窒化物半導体層２１と、Ａｌ組成比ｘ２が比較的低いＡｌx2Ｇａ1-x2-y2Ｉｎy2Ｎ（０．０１＜ｘ２＜０．５、０≦ｙ２＜１、０＜ｘ２＋ｙ２≦１）からなる第２の窒化物半導体層２２を積層することにより、成膜チャンバー４００内に不安定な付着物が形成されることを抑制できる。このため、成膜チャンバー４００内に大量のＡｌ原料を供給しても不安定な付着物が生成されない。その結果、成膜チャンバー内部品１００上や成膜チャンバー４００の内壁上の付着物が半導体基板１０に移動せず、窒化物半導体装置１でのパーティクル不良の発生を抑制できる。
【００４１】
図１に示した積層体２０上に窒化物半導体からなる機能層を形成することにより、窒化物半導体装置１が製造される。例えば、積層体２０をバッファ層とした半導体装置を実現可能である。
【００４２】
図５に、積層体２０をバッファ層に用いてＨＥＭＴを形成した例を示す。即ち、図５に示した半導体装置は、キャリア供給層３２、及びキャリア供給層３２とヘテロ接合を形成するキャリア走行層３１を積層した構造の機能層３０を有する。バンドギャップエネルギーが互いに異なる窒化物半導体からなるキャリア走行層３１とキャリア供給層３２間の界面にヘテロ接合面が形成され、ヘテロ接合面近傍のキャリア走行層３１に電流通路（チャネル）としての二次元キャリアガス層３３が形成される。
【００４３】
図５に示した窒化物半導体装置１のバッファ層として使用される積層体２０は、例えばＡｌＮからなる第１の窒化物半導体層２１を第１のサブレイヤー（第１の副層）とし、ＡｌＧａＮからなる第２の窒化物半導体層２２を第２のサブレイヤー（第２の副層）として、第１の窒化物半導体層２１と第２の窒化物半導体層２２を交互に積層した多層構造バッファである。
【００４４】
積層体２０上に配置されたキャリア走行層３１は、例えば不純物が添加されていないノンドープＧａＮを、ＭＯＣＶＤ法等によりエピタキシャル成長させて形成する。ここでノンドープとは、不純物が意図的に添加されていないことを意味する。
【００４５】
キャリア走行層３１上に配置されたキャリア供給層３２は、キャリア走行層３１よりもバンドギャップが大きく、且つキャリア走行層３１より格子定数の小さい窒化物半導体からなる。キャリア供給層３２としてノンドープのＡｌxＧａ1-xＮが採用可能である。
【００４６】
キャリア供給層３２は、ＭＯＣＶＤ法等によるエピタキシャル成長によってキャリア走行層３１上に形成される。キャリア供給層３２とキャリア走行層３１は格子定数が異なるため、格子歪みによるピエゾ分極が生じる。このピエゾ分極とキャリア供給層３２の結晶が有する自発分極により、ヘテロ接合付近のキャリア走行層３１に高密度のキャリアが生じ、電流通路（チャネル）としての二次元キャリアガス層３３が形成される。
【００４７】
図５に示すように、機能層３０上に、ソース電極４１、ドレイン電極４２及びゲート電極４３が形成される。ソース電極４１及びドレイン電極４２は、機能層３０と低抵抗接触（オーミック接触）可能な金属により形成される。例えばアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などがソース電極４１及びドレイン電極４２に採用可能である。或いはＴｉとＡｌの積層体として、ソース電極４１及びドレイン電極４２は形成される。ソース電極４１とドレイン電極４２間に配置されるゲート電極４３には、例えばニッケル金（ＮｉＡｕ）などが採用可能である。
【００４８】
上記では、積層体２０を用いた半導体装置がＨＥＭＴである例を示したが、積層体２０を用いて電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などの他の構造のトランジスタを形成してもよい。
【００４９】
また、積層体２０を用いてＬＥＤなどの発光装置を製造してもよい。図６に示した発光装置は、ｎ型クラッド層３５、活性層３６及びｐ型クラッド層３７を積層したダブルへテロ接合構造の機能層３０を、バッファ層である積層体２０上に配置した例である。
【００５０】
ｎ型クラッド層３５は、例えばｎ型不純物がドーピングされたＧａＮ膜などである。図６に示すように、ｎ型クラッド層３５にはｎ側電極４５が接続されており、発光装置の外部の負電源から電子がｎ側電極４５に供給される。これにより、ｎ型クラッド層３５から活性層３６に電子が供給される。
【００５１】
ｐ型クラッド層３７は、例えばｐ型不純物がドーピングされたＡｌＧａＮ膜である。ｐ型クラッド層３７にはｐ側電極４７が接続されており、発光装置の外部の正電源から正孔（ホール）がｐ側電極４７に供給される。これにより、ｐ型クラッド層３７から活性層３６に正孔が供給される。
【００５２】
活性層３６は、例えばノンドープのＩｎＧａＮ膜、或いは、ｐ型或いはｎ型の導電型不純物がドーピングされた窒化物半導体膜である。ｎ型クラッド層３５から供給された電子とｐ型クラッド層３７から供給された正孔とが活性層３６で再結合して、光が発生する。
【００５３】
図５、図６では、積層体２０をバッファ層として使用した例を示したが、積層体２０を超格子層として使用してもよい。図７に、積層体２０をバッファ層と共に活性層３６に使用した例を示す。即ち、図７に示した活性層３６はバリア層とそのバリア層よりバンドギャップが小さい井戸層が交互に配置された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有し、このＭＱＷ構造にＡｌx1Ｇａ1-x1-y1Ｉｎy1Ｎ（０．５＜ｘ１≦１、０≦ｙ１＜１、０＜ｘ１＋ｙ１≦１）からなる第１の窒化物半導体層２１と、Ａｌx2Ｇａ1-x2-y2Ｉｎy2Ｎ（０．０１＜ｘ２＜０．５、０≦ｙ２＜１、０＜ｘ２＋ｙ２≦１）からなる第２の窒化物半導体層２２の積層構造を採用できる。なお、図７ではバッファ層及び半導体基板の図示を省略している。
【００５４】
また、ｎ型クラッド層３５やｐ型クラッド層３７を、積層体２０を用いた超格子層にしてもよい。或いは、ｎ型クラッド層３５と活性層３６との間に積層体２０を反射膜として配置してもよい。
【００５５】
更に、張り合わせ反射構造の発光装置において、支持基板と機能層との間に配置される反射膜として積層体２０を採用してもよい。この場合、機能層３０上に反射膜として使用する積層体２０を形成した後に、この積層体２０上に支持基板を張り合わせる。
【００５６】
以上に説明したように、積層体２０を用いて種々の機能層を有する半導体装置を実現できる。
【００５７】
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００５８】
１…窒化物半導体装置
１０…半導体基板
２０…積層体
２１…第１の窒化物半導体層
２２…第２の窒化物半導体層
３０…機能層
３１…キャリア走行層
３２…キャリア供給層
３３…二次元キャリアガス層
３５…ｎ型クラッド層
３６…活性層
３７…ｐ型クラッド層
４１…ソース電極
４２…ドレイン電極
４３…ゲート電極
４５…ｎ側電極
４７…ｐ側電極
１００…成膜チャンバー内部品
２００…原料ガス
３００…付着物
４００…成膜チャンバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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